一次10k V系統接地事故原因分析及處理

1.山東魯能智能技術有限公司 王韶軍 2.山東魯能智能技術有限公司 高華

一次10k V系統接地事故原因分析及處理

1.山東魯能智能技術有限公司 王韶軍 2.山東魯能智能技術有限公司 高華

本文對一次接地故障引發的次生故障的分析,提出了隨著系統電容電流的增大造成10kV不接地系統已滿足不了接地后可靠運行的現狀,并建議改用10kV中性點經小電阻接地方式代替中性點不接地方式。

中性點不接地電容電流弧光過電壓

一、引言

小電流接地系統是指中性點接地方式為非有效接地,即不接地、經消弧線圈接地或高阻接地。發生單相接地故障時,中性點與大地沒有直接構成回路,短路電流很小,系統線電壓仍然保持對稱,允許帶一個接地點繼續運行不超過2h,提高供電可靠性。我國低壓配電系統中,絕大多數采用小電流接地系統。中性點不接地系統發生單相接地故障時,接地點電流為全系統非故障相對地電容電流之和。隨著我國電力事業的迅速發展,電力電纜逐步替代了架空線路,系統電容電流大大增加,在接地點引起弧光過壓,間歇性弧光容易在故障相和非故障相的電感電容回路上引起高頻振蕩過電壓,導致在非故障相的絕緣薄弱環節造成對地擊穿,發展成為相間短路事故,易使電壓互感器飽和,激發鐵磁諧振,導致過電壓或電壓互感器爆炸事故。

二、事故經過

本廠35kV變電站10kV段的一次主接線圖如圖1所示:

圖1 10kV側主接線圖

系統為中性點不接地運行方式。故障發生時由I段進線帶兩段母線運行,101、116閉合,102退出運行。2008年某日,35kV變電所發出沉悶響聲。值班人員查看現場,發現10kV段116母聯開關、Ⅰ段的119開關、123開關跳閘,10kVⅠ、Ⅱ段電壓互感器柜有煙冒出。為減少故障范圍,在將兩個電壓互感器柜中手車拖出試送116聯絡開關時,116開關再次跳閘,同時10kVⅡ號進線柜CT擊穿,銅排有融化跡象。

事后,在119出線末端10kV變電所的I號進線開關柜中,工作人員發現電流互感器表面上有爬弧現象,造成單相接地故障,這是本次故障的直接原因。

三、事故分析

電網的單相接地電容電流主要由電力設備和線路兩部分的電容電流組成,電力設備的電容電流遠小于線路的,可以忽略不計。10kv架空線的電容電流僅為電纜的3%,隨著電纜逐步代替架空線路,系統的電容電流劇增,接地點流過的故障電流大幅提高。穩態時,單相接地導致非故障相對地電壓升至倍,暫態過程,單相接地時電弧電流過大,會造成故障點熄弧困難并產生間歇性電弧,造成間歇性弧光接地過電壓,非故障相對地電壓幅值可達3.15～3.5倍額定相電壓。非故障相對地的電壓過高會對整個系統及電力設備產生以下危害:①弧光過電壓使電壓互感器飽和,容易激發鐵磁諧振,導致過電壓或電壓互感器爆炸事故。本廠三年內發生兩次接地故障,每次接地故障發生后,10kV母線段所接的兩個三相五柱式電壓互感器被擊穿損壞,利用電壓互感器開口三角形產生的電壓來報警的接地報警裝置也失去意義。②非故障相對地電壓過高會導致整個系統的絕緣薄弱環節產生對地擊穿危害,進而發展為相間短路故障。事后分析,本次故障的直接原因為119出線末端變電所的I號進線開關柜電流互感器表面有油污,而開關柜沒有底板,潮氣上升,時間長了造成A相對地爬弧引起單相接地故障,故障發生后沒有立即切除119出線,進而引起次生故障。123出線在鋪設時受傷,運行多年已存絕緣隱患,在119出線發生接地故障時,非故障相電壓對地電壓升高被擊穿引起相間短路。102開關柜電流互感器二次回路斷線處于停運狀態,在非故障相對地電壓升高時電流互感器一次、二次回路擊穿引起相間短路,被母聯116開關切除,并在嘗試送116開關時電流互感器發生爆炸。

四、解決方案

對于電容電流增大引起的接地故障,有些地區采用中性點經消弧線圈接地方式,利用單相接地產生的零序電壓,使消弧線圈出現電感電流,與線路電容電流的相位相反,來抵消電容電流。首先因系統的運行方式及擴建很難對整個系統的電容電流有一個精確的估算,無法準確選擇消弧線圈的電感值。其次補償是在工頻下完成的,對于接地故障產生的高頻過電壓沒有補償作用,不能消除弧光過電壓。10kV供電系統傳統運行方式已不能滿足要求,不及時切除故障點,不但會引發故障的擴大,還會引起次生故障,造成故障擴大。電纜接地故障是非自復性故障,不及時切除故障點只能使電纜損壞加大,事故擴大。因此,建議將l0 kV配電網逐步改為小電阻接地系統。增加零序保護作用于跳閘,優點主要在以下幾個方面:①零序保護切除時間一般在1s以內,可快速切除故障點,防止故障的升級擴大。②中性點經小電阻接地能有效地消除弧光過電壓,及由此引起的鐵磁諧振,降低了整個系統及電力設備的絕緣要求。③防止了因故障切除不及時而引起的系統薄弱環節次生故障的發生。

五、結論

以往10 kV配電網以架空線路為主,接地故障電容電流較小,常采用不接地系統。隨著電纜代替架空線路,線路的電容電流急劇上升,使得整個系統的接地故障后狀態發生了改變,中性點不接地系統發生接地故障后連續運行的可靠性優勢已不存在,故障點切除不及時還會引發故障擴大及次生故障,因此需要快速切除接地點,保證整個系統的安全運行。

[1]賀家李.電力系統繼電保護原理.中國電力出版社

[2]華智明.電力系統.重慶大學出版社

book=58,ebook=153